A indústria aeroespacial mundial vive um grande impulso para a inovação e a manufatura aditiva desempenha um papel fundamental nessa evolução, graças às suas características de flexibilidade, sustentabilidade e economia em pequenos volumes de produção. Seguindo essa tendência e todo o trabalho que a Caracol vem realizando no setor aeroespacial, graças à chamada TechFast Lombardia (POR FESR 2014-2020), a empresa está trabalhando em um projeto para fabricar aplicações espaciais, como tanques de pressão, em uma forma mais eficiente.
Especificamente, um tanque de pressão para D-Orbit, uma empresa líder em logística e transporte espacial, foi impresso em 3D usando a mais nova tecnologia WAAM da Caracol e material Al2319 caracterizado em colaboração com o Departamento de Engenharia Mecânica do Politecnico di Milano (Polimi).
O tanque pressurizado, fabricado com liga leve de alumínio, será montado em um satélite transportador para transportar e lançar CubeSats em órbita. Uma vez em órbita, esses satélites são usados para operações de pesquisa, telecomunicações e monitoramento em aplicações comerciais e de pesquisa. A Caracol desenvolveu soluções avançadas de fabricação para a produção sob demanda de componentes metálicos personalizados para o setor aeroespacial.
A tecnologia WAAM desenvolvida pela Caracol é baseada em uma tecnologia de soldagem MIG (Metal Inert Gas) e pode ser usada para produzir peças acabadas para setores avançados. Além disso, aproveitando seu amplo know-how em programação e projeto de sistemas robóticos avançados de manufatura aditiva, bem como a experiência em integração de hardware-software obtida com o processo de fabricação granular fundida (FGF) em grande escala, a Caracol desenvolveu e implantou sua tecnologia proprietária de fatiamento e software de controle para WAAM, que funciona em 8 eixos. Tanto a D-Orbit quanto a Polimi estiveram diretamente envolvidas no projeto.
A D-Orbit, que foi identificada como a usuária final do projeto, ajudou a identificar as características funcionais que o componente precisaria, desde a geometria até os requisitos de teste que os tanques pressurizados precisariam atender. Fundada em 2011, a empresa italiana é um dos primeiros players no mercado New Space, construindo uma infraestrutura de logística espacial que permitirá aos provedores de serviços agilizar o lançamento de satélites, transporte em órbita, serviço e reabastecimento em órbita e descarte no final da missão .
As soluções comerciais de lançamento e implantação da D-Orbit são habilitadas por seu veículo de transferência orbital proprietário ION Satellite Carrier e podem reduzir o tempo desde o lançamento até as operações em até 85%, com economia potencial de até 40% ao implantar toda uma constelação de satélites. Essas economias de custo estão entre os fatores que permitem a próxima indústria espacial comercial de trilhões de dólares que levará a humanidade a se expandir para o cosmos.
O Departamento de Engenharia Mecânica do Politecnico di Milano foi fundamental na caracterização do material Al2319 bem como na fase de testes para qualificação do produto final e na definição da otimização dos parâmetros do processo.
Além das inovações de hardware e software derivadas desse projeto, a Caracol e seus parceiros também projetaram e avaliaram um Fluxo Digital para integrar processos de engenharia, fabricação e testes para produzir componentes aeroespaciais metálicos. Os elementos de inovação digital introduzidos no projeto referem-se a três campos principais: software, controle e automação. A integração desses três aspectos leva a um fluxo de trabalho altamente automatizado e eficiente. Além disso, a identificação de um Fluxo Digital para controlar cada fase do processo permite que as tecnologias WAAM garantam repetibilidade e controle sobre o processo, garantindo que esses processos possam se tornar uma alternativa eficaz e eficiente às tecnologias tradicionais de fabricação.
A Caracol decidiu buscar o WAAM como uma solução para essas aplicações, pois traz inúmeras vantagens em termos de flexibilidade de design, desempenho, eficiência e promoção da sustentabilidade. No que diz respeito ao produto, combina a redução significativa de refugos com um design otimizado, permitindo a redução de peso do componente final.
Aplicado ao caso específico do tanque pressurizado instalado em um porta-satélites, isso leva a uma economia considerável de custos, tanto na produção quanto no lançamento, e um impacto ambiental positivo – já que a quantidade de propelente necessária para o lançamento depende diretamente da massa da espaçonave. Por outro lado, em termos de processo, a tecnologia WAAM permite a produção de um tanque de propelente monomaterial.
Para aplicações de alta demanda este projeto assume grande relevância pois mostra o potencial tangível de uma tecnologia em fase inicial como a WAAM para a produção de peças com acabamento espacial. Hoje, a WAAM ainda tem um longo caminho a percorrer para ampliar seu emprego, não apenas na Lombardia, mas também na Itália e na Europa.
A tecnologia traz consigo todos os benefícios de produto e processo da manufatura aditiva e o know-how da Caracol em AM com sistemas robóticos, expandindo seu potencial para a aplicação de tanques de propelente para naves espaciais. Hoje, a Caracol continua trabalhando no projeto com um estudo de viabilidade para tornar essa tecnologia de impressão 3D de metal e suas soluções WAAM prontas para uso em indústrias industriais avançadas.
O objetivo geral é apoiar a inovação tecnológica e digital dos processos de produção por meio de aditivos, para agilizar o trabalho das pequenas e médias empresas espaciais. Para saber mais acesse o site.
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